单元类型和尺寸对裂尖疲劳塑性有限元数值的分析相关影响的研究

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1、单元类型和尺寸对裂尖疲劳塑性的有限元数值分析相关影响的研究摘要本文介绍了循环塑性和疲劳裂纹的相关知识，对Chaboche、Ohno-Wang、McDowell、Jiang-Sehitoglu(JS)几种模型的本构关系进行了分析。采用有限元数值模拟（ABAQUS）得出了理想弹塑性、双线型、Chaboche和Jiang-Sehitoglu（JS）这几种典型模型的应力应变响应，将模拟值进行比较和分析并得出相关结论。采用JS循环塑性模型并结合多轴疲劳准则对紧凑拉伸试样裂尖附近的裂纹扩展速率进行了数值模拟，确定了达到稳定的裂纹扩展速率所需要的循环次数，然后对裂尖附近的循环塑性变形、残余

2、应力、应力幅值和R值效应等相关力学性能进行了有限元数值模拟，重点考察了单元的类型和尺寸对裂尖循环塑性、裂纹扩展速率、残余应力和应力幅值的影响。紧凑拉伸试样的材料为1070钢，数值模拟采用线性单元(三节点)、线性单元(四节点)和二次单元(八节点)三种单元。裂尖附近的有限元单元的最小尺寸从0.007mm到0.24mm不等，并且在裂尖附近的x轴范围并且沿y方向一定高度的区域内单元尺寸最小，网格最密且分布均匀，最小单元的长宽比为1：l，向外各层网格密度逐渐稀疏。文中将裂纹扩展速率的预测值与实验值进行了比较，通过对裂纹扩展速率的分析，确定今后在进行疲劳塑性分析时应当合理选取的有限元单元

3、类型和尺寸。关键词：循环塑性模型，多轴疲劳准则，裂纹扩展，塑性变形，残余应力，应力幅值RESEARCHONINFLUENCEOFELEMENTTYPEANDSIZEONTHEFINITEELEMENTPREDICTIONOFTHEFATIGUECRACKTIPPLACTICIYABSTRACTThepaperaimsatintroducingknowledgeofcyclicplasticityandfatiguecrack,andmakinganalysisofsomeconstitutivemodels,includingChaboche，Ohno-Wang，McDowe

4、llandJiang-Sehitoglu(JS)model.Adoptedfinitemethod(FE)simulation(ABAQUS)inordertoobtainthestress-strainresponsesnearthecracktipforelastic-perfectlyplastic(EPP)，Bilinear(BL)，ChabocheandJiang-Sehitoglu(JS)model.Madesomeconclusionsconcerningconstitutivemodelsaftercomparisonandanalysis.Jiang-Seh

5、itoglu(JS)cyclicplasticitymodelcombinedwiththemultiaxialfatiguecriterionwasimplementedintothefiniteelement(FE)simulationforcrackgrowthratenearthecracktipanddeterminednumberofcyclesneededforobtainingstabilizationofcrackgrowthrate.Madeanalysisofcyclicplasticdeformation,residualstress,stressam

6、plitude，r-ratioeffectiveandotherrelatedmechanicspropertiesnearthecracktip.Themainworkistostudytheinfluenceofelementtypeandelementsizeonthesemechanicsproperties.Material1070steelwasusedintheinvestigation.Three-nodebilinear,four-nodebilinearandeight-nodequadraticplaneelementsareadoptedintheFE

7、simulations.Finiteelementsizenearthecracktipisrangedfrom0.007mmto0.24mm,andtheminimumelementsaredistributedwithinthex-axisfromnearthecracktipandcertainheightalongy-axis.Theratiooflengthandwidthofminimumelementis1:1,andthedensityofelementsbecomessparsewhe